脉管制冷机内流场与温度场的时空特性

为了进一步探究脉管制冷机内部流场与温度场的复杂时空特性,采用数值模拟方法,详细研究和分析了基本型、小孔型和双向进气型脉管制冷机的关键部件—回热器和脉管组件内流场与温度场的时空变化持性,得到了相应的时空分布图,有助于直观地理解回热器与脉管组件内热力参数的动态变化情况。与此同时,通过分析小孔阀和双向进气阀对脉管冷热端温度波动的影响规律,进一步指出:小孔阀和双向进气阀均会导致脉管冷热端的温度波动,且小孔阀造成的温度波动幅度要大于双向进气结构,因此,小孔阀是导致脉管冷热端温度不规则变化的主要因素。     

脉管制冷机整机的数值优化分析

在1-2混合模型的基础上,对小孔型和双向进气型脉管制冷机的性能及其内部流场的演化过程进行了数值分析.结果发现,膨胀过程中脉管内会出现气体分流现象,而压缩过程中脉管内会出现气体集合现象,分流界面和集合界面的速度均为零,统称为零界面;在一个周期内,零界面会从脉管一端向另一端移动,称其为零界面效应.零界面效应是制冷机性能提高的重要因素,一个周期内零界面存在的时间越长,制冷机性能越好.在模拟结果的基础上,对零界面效应存在的原因进行了机理性分析,发现小孔阀的引入是脉管中产生零界面的原因,而双向进气阀的引入可以进一步强化零界面效应.小孔型脉管制冷机中零界面存在的时间约为1/6周期,双向进气型脉管制冷机中零界面存在的时间约为1/2周期.     

基于脉管制冷机的二维可压缩流动数值计算程序的开发与应用

本文在SIMPLEC计算程序的基础上,开发了适用于各种流动Mach的计算程序,既能用于计算不可压缩流体,又可以计算可压缩流动。利用此程序计算了一些典型算例,和有关文献结果符合较好。最后利用可压缩程序计算了小孔型脉管制冷机当小孔处于最佳开度时小孔处的气流分布。     

脉管制冷法的重要改进——双向进气可逆脉管的理论分析与实验验证

一、前言 脉管制冷机具有结构简单、可靠性高等优点,作为高技术领域中光电传感器的冷源特别有吸引力。美国Gifford教授最早提出的基本型脉管制冷法,其单级制冷温度只达到124K。1983年,苏联Mikulin教授提出了小孔型脉管制冷法(参见图1实线部分),大大提高了制冷机的制冷能力。遗憾的是,小孔脉管制冷机中由于小孔和气库的加入,增加了一个不可逆损失源。文献[3]指出:对于一个效率为75％的压缩机来说,小孔脉管制冷机的比功率在80K时,约为100W/W,远大于同样情况下的斯特林制冷机,其比功率约为40W/W。所以提高脉管制冷机的效率是一个急待解决的问题。     

渐缩型锥形脉管制冷机的二维数值研究

本文开发了二维可压缩交变流动的SIMPLEC计算程序,对渐缩型锥形脉管制冷机进行了二维数值研究,研究了锥度对脉管制冷机性能的影响。数值计算结果表明,对渐缩型锥形脉管,存在一最佳锥度,此时的制冷效果最好,当锥度大于最佳锥度时,制冷效果反而变差。另外本文还从脉管内流场的分布及二次流的角度揭示了锥形脉管能提高制冷机性能的原因及内在机理。一定锥度下的锥形脉管不但可以改变脉管内二次流的大小,还改变了脉管内二次流的分布情况,使脉管冷热端的二次流分布变得不均匀。这是一定锥度下的锥形脉管可以改善脉管制冷机制冷效果的主要原因。     

超高频脉冲管的气体微团位移分析

本文通过建立绝热模型,理论上分析了小孔型脉冲管制冷机内部气体微团的运动过程,定性地推导出了小孔型脉冲管制冷机冷端的相位差,以及冷端和热端的最大位移量。同时分析了频率、温度和小孔阻力对相位角和最大位移量的影响以及超高频下脉冲管制冷机冷头温度比一般高频制冷机高的原因。     

温度回路-小孔脉管制冷中的新现象

一台可工作在双向进气模式和小孔模式下的单级脉管制冷机,当双向进气方式采用并联双阀双向进气时,最低制冷温度为19.3K,50K以下的制冷量变化约为2W/K;当双向进气阀门关闭时,制冷机就工作在小孔模式下,最近的研究工作发现,当制冷机工作在小孔模式下时出现了一个新的现象-脉管冷端温度存在温度回路,该特点与脉管冷端的热负荷及小孔开度的调节方法有关,该现象的发现对于理解双向进气模式下温度不稳定问题提供了一个新的思路。     

4K双小孔型二级脉管制冷机研究

介绍了含有新颖的第二小孔调相器的二级脉管制冷机的基本结构，采用有阀压机驱动，通过计算机对自行研制的时序控制器进行实时控制，应用磁性蓄冷材料作为第二级蓄冷器填料，目前的实验结果为，第一级和第二级的最低制冷温度分别为４７Ｋ和３．１Ｋ，着重讨论了第二小孔在４Ｋ二级脉管制冷机中的排热调相作用．     

低温脉管制冷机的热力学性能和损失计算

首先简要介绍了目前的一些对于脉管制冷机的理论分析方法以及各种损失分析计算,接着针对某尺寸的四阀型脉管制冷机,考虑到不同厚度的脉管对其的影响,结合两种厚度的脉管进行热力计算和损失分析,分析结果表明,四阀型脉管制冷机的主要损失在于阀门处,进一步降低阀门损失将是提高制冷机性能的主要手段。     

基本型脉管制冷机的全三维数值模拟计算

建立了基本型脉管制冷机的三维物理和数学模型,在可压缩流动程序的基础上,开发了基本型脉管制冷机的三维非稳态可压缩交变流动与传热耦合计算的数值模拟计算程序。考察了截面平均参数在一个周期内随时间的变化情况,详细分析了脉管内的流场和温度场以及其他各主要参数的变化,对脉管制冷机的工作过程和制冷机理有了进一步的了解和认识,为脉管制冷机的结构改进和实用化奠定了一定的基础。